線(xiàn)程的狀態(tài)

萬(wàn)事萬(wàn)物都有其自己的生命周期和狀態(tài)，一個(gè)線(xiàn)程從創(chuàng)建到結(jié)束被銷(xiāo)毀也有其自己的六種狀態(tài)，而wait、notify、sleep等等這些方法就是協(xié)助切換線(xiàn)程間的狀態(tài)

Oracle官方文檔提供的六種線(xiàn)程狀態(tài)

用一張圖可以清晰的表示上述狀態(tài)在線(xiàn)程中的運(yùn)行狀態(tài)切換

《JAVA并發(fā)編程的藝術(shù)》一書(shū)中的線(xiàn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

線(xiàn)程的狀態(tài)切換的操作

建立線(xiàn)程后我們會(huì)根據(jù)需求對(duì)線(xiàn)程進(jìn)行一些操作，這些操作會(huì)改變線(xiàn)程的基本狀態(tài)，同事也成為了線(xiàn)程間的一種通信方式，下面就主要聊聊這些方法。

• wait()、notify()和notifyAll()

  wait方法主要是將當(dāng)前運(yùn)行的線(xiàn)程掛起，讓其進(jìn)入阻塞狀態(tài)，然后釋放它持有的同步鎖（也就是前面文章提到的monitor），通知其他線(xiàn)程來(lái)獲取執(zhí)行，直到notify和notifyAll方法來(lái)喚醒。

  wait也是一個(gè)多參數(shù)方法，可以通過(guò)wait(long timeout)來(lái)設(shè)定線(xiàn)程在指定時(shí)間內(nèi)如果沒(méi)有notify和notifyAll方法的喚醒，也會(huì)自動(dòng)喚醒，wait方法調(diào)用的也是這個(gè)方法，不過(guò)傳入的參數(shù)為0L。

  在使用wait方法時(shí)，一定要在同步范圍內(nèi)，否則就會(huì)拋出IllegalMonitorStateException異常。

public class SynchronizedDemo {
    public static void main(String[] args) {
        final SynchronizedDemo test = new SynchronizedDemo();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                test.waitDemo();
            }
        }).start();
    }

     private void waitDemo() {
        System.out.println("Start Thread"+System.currentTimeMillis());
        try {
            wait(5000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("End Thread"+System.currentTimeMillis());
    }
}
運(yùn)行結(jié)果:
Start Thread1557818387416
Exception in thread "Thread-0" java.lang.IllegalMonitorStateException
    at java.lang.Object.wait(Native Method)
    at com.example.javalib.SynchronizedDemo.waitDemo(SynchronizedDemo.java:24)
    at com.example.javalib.SynchronizedDemo.access$000(SynchronizedDemo.java:10)
    at com.example.javalib.SynchronizedDemo$1.run(SynchronizedDemo.java:16)
    at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)

查看API文檔對(duì)于IllegalMonitorStateException的定義

Thrown to indicate that a thread has attempted to wait on an object's monitor or to notify other threads waiting on an object's monitor without owning the specified monitor.

該錯(cuò)誤的大意為:線(xiàn)程試圖等待一個(gè)對(duì)象的監(jiān)視器或者去通知其他在等待對(duì)象監(jiān)視器的線(xiàn)程，但是該線(xiàn)程本身沒(méi)有持有指定的監(jiān)視器.主要是因?yàn)檎{(diào)用wait方法時(shí)沒(méi)有獲取到對(duì)象的monitor,獲得的途徑可以通過(guò)Synchronized關(guān)鍵字來(lái)完成，在上述代碼的方法中添加Synchronized關(guān)鍵字

private synchronized void waitDemo() {
        System.out.println("Start Thread"+System.currentTimeMillis());
        try {
            wait(5000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("End Thread"+System.currentTimeMillis());
    }

通過(guò)這個(gè)例子得知，wait方法的使用必須在同步的范圍內(nèi)，否則就會(huì)拋出IllegalMonitorStateException異常，wait方法的作用就是阻塞當(dāng)前線(xiàn)程等待notify/notifyAll方法的喚醒，或等待超時(shí)后自動(dòng)喚醒。

wait方法通過(guò)釋放對(duì)象的monitor來(lái)掛起線(xiàn)程，進(jìn)入WaitSet隊(duì)列， 然后后續(xù)等待鎖線(xiàn)程繼續(xù)來(lái)執(zhí)行，直到同一對(duì)象上調(diào)用notify或notifyAll后才可以喚醒等待線(xiàn)程。

notify 和 notifyAll的區(qū)別是notify方法只喚醒一個(gè)等待（對(duì)象的）線(xiàn)程并使該線(xiàn)程開(kāi)始執(zhí)行，如果有多個(gè)線(xiàn)程等待一個(gè)對(duì)象，那么只會(huì)隨機(jī)喚醒其中一個(gè)線(xiàn)程，后者則會(huì)喚醒所有等待（對(duì)象的）線(xiàn)程，哪個(gè)線(xiàn)程第一個(gè)被喚醒也是取決于操作系統(tǒng)。

負(fù)責(zé)調(diào)用方法去喚醒線(xiàn)程的線(xiàn)程也被稱(chēng)為喚醒線(xiàn)程，喚醒線(xiàn)程后不能被立刻執(zhí)行，因?yàn)閱拘丫€(xiàn)程還持有該對(duì)象的同步鎖，必須等待喚醒線(xiàn)程執(zhí)行完畢后釋放了對(duì)象的同步鎖后，等待線(xiàn)程才能獲取到對(duì)象的同步鎖進(jìn)而繼續(xù)執(zhí)行。

從上述中可以看到wait，notify，notifyAll方法的調(diào)用去掛起喚醒線(xiàn)程主要是操作對(duì)象的monitor，而monitor是所有對(duì)象的對(duì)象頭里都擁有的，所以這三個(gè)方法定義在Object類(lèi)中，而不是Thread類(lèi)中

下面一個(gè)用經(jīng)典面試題：雙線(xiàn)程打印奇偶數(shù)來(lái)展示wait和notify的用法(代碼隨便寫(xiě)的，理會(huì)意思就行)

public class Main {
    Object odd = new Object(); // 奇數(shù)條件鎖
    Object even = new Object(); // 偶數(shù)條件鎖
    private int max=200;
    private AtomicInteger status = new AtomicInteger(0); // AtomicInteger保證可見(jiàn)性，也可以用volatile

    public Main() {
    }

    public static void main(String[] args) {
        Main main = new Main();
        Thread printer1 = new Thread(main.new MyPrinter("線(xiàn)程1", 0));
        Thread printer2 = new Thread(main.new MyPrinter("線(xiàn)程2", 1));
        printer1.start();
        printer2.start();
    }
    public class MyPrinter2 implements Runnable {
        private String name;
        private int type; // 打印的類(lèi)型，0：代表打印奇數(shù)，1：代表打印偶數(shù)

        public MyPrinter2(String name, int type) {
            this.name = name;
            this.type = type;
        }
        @Override
        public void run() {
            ThreadBean bean = new ThreadBean();
            bean.start(name);
        }
    }
    public class MyPrinter implements Runnable {
        private String name;
        private int type; // 打印的類(lèi)型，0：代表打印奇數(shù)，1：代表打印偶數(shù)

        public MyPrinter(String name, int type) {
            this.name = name;
            this.type = type;
        }

        @Override
        public void run() {
            if (type == 0){
                while(status.get()<20){
                    if(status.get()%2==0){
                        synchronized (even){
                            try {
                                even.wait();
                            } catch (InterruptedException e) {
                                e.printStackTrace();
                            }
                        }
                    }else{
                        synchronized (odd){
                            System.out.println("當(dāng)前是"+name+"輸出"+status.get());
                            status.set(status.get()+1);
                            odd.notify();
                        }
                    }
                }
            }else{
                while(status.get()<20){
                    if(status.get()%2==1){
                        synchronized (odd){
                            try {
                                odd.wait();
                            } catch (InterruptedException e) {
                                e.printStackTrace();
                            }
                        }
                    }else{
                        synchronized (even){
                            System.out.println("當(dāng)前是"+name+"輸出"+status.get());
                            status.set(status.get()+1);
                            even.notify();
                        }
                    }
                }
            }
        }
    }
}

• yield

yield是一個(gè)靜態(tài)的原生native方法，他的作用是讓出當(dāng)前線(xiàn)程的CPU分配的時(shí)間片，將其分配給和當(dāng)前線(xiàn)程同優(yōu)先級(jí)的線(xiàn)程，然后當(dāng)前線(xiàn)程狀態(tài)由運(yùn)行中（RUNNING）轉(zhuǎn)換為可運(yùn)行（RUNNABLE）狀態(tài)，但這個(gè)并不是等待或者阻塞狀態(tài)，也不會(huì)釋放對(duì)象鎖，如果在下一次競(jìng)爭(zhēng)中，又獲得了CPU時(shí)間片當(dāng)前線(xiàn)程依然會(huì)繼續(xù)運(yùn)行。

現(xiàn)在的操作系統(tǒng)中包含多個(gè)進(jìn)程，一個(gè)進(jìn)程又包含多個(gè)線(xiàn)程，那么這些多線(xiàn)程是一起執(zhí)行的嗎？就像電腦上，我們可以一邊看電視一邊瀏覽網(wǎng)頁(yè)，其實(shí)并不然，看視兩邊同步進(jìn)行的，但其實(shí)是cpu讓兩個(gè)線(xiàn)程交替執(zhí)行，只不過(guò)交替執(zhí)行的速度很快，肉眼分辨不出來(lái)，所以才會(huì)有同步執(zhí)行的錯(cuò)覺(jué)。同理，這里也是一樣，系統(tǒng)會(huì)分出一個(gè)個(gè)時(shí)間片，線(xiàn)程會(huì)被分配到屬于自己執(zhí)行的時(shí)間片，當(dāng)前線(xiàn)程的時(shí)間片用完后會(huì)等待下次分配，線(xiàn)程分配的時(shí)間多少也覺(jué)得了線(xiàn)程使用多少處理器的資源，線(xiàn)程優(yōu)先級(jí)也就是覺(jué)得線(xiàn)程是分配多一些還是少一些處理器的資源

Java中，通過(guò)一個(gè)整型變量Priority來(lái)控制線(xiàn)程的優(yōu)先級(jí)，范圍為1~10,通過(guò)調(diào)用setPriority（int Priority）可以設(shè)置，默認(rèn)值為5。

同yield一樣，sleep也調(diào)用時(shí)也會(huì)交出當(dāng)前線(xiàn)程的處理器資源，但是不同的是sleep交出的資源所有線(xiàn)程都可以去競(jìng)爭(zhēng)，yield交出的時(shí)間片資源只有和當(dāng)前線(xiàn)程同優(yōu)先級(jí)的線(xiàn)程才可以獲取到。

• join

join方法的作用是父線(xiàn)程（一般是main主線(xiàn)程）等待子線(xiàn)程執(zhí)行完成后再執(zhí)行，換言之就是講異步執(zhí)行的線(xiàn)程合并為同步的主線(xiàn)程,。

同wait一樣，join方法也有多個(gè)參數(shù)的方法，也可以設(shè)定超時(shí)時(shí)間，join()方法調(diào)用的也是join(0L)

public class JoinDemo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        System.out.println("主線(xiàn)程開(kāi)始"+"時(shí)間:"+System.currentTimeMillis());
        JoinDemo main = new JoinDemo();
        Thread printer1 = new Thread(main.new MyPrinter("線(xiàn)程1"));
        Thread printer2 = new Thread(main.new MyPrinter("線(xiàn)程2"));
        Thread printer3 = new Thread(main.new MyPrinter("線(xiàn)程3"));
        printer1.start();
        printer1.join();
        printer2.start();
        printer2.join();
        printer3.start();
        System.out.println("主線(xiàn)程結(jié)束"+"時(shí)間:"+System.currentTimeMillis());
    }

    public class MyPrinter implements Runnable {
        String content;

        public MyPrinter(String content) {
            this.content = content;
        }

        @Override
        public void run() {
            System.out.println("當(dāng)前線(xiàn)程"+content+"時(shí)間:"+System.currentTimeMillis());
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}
輸出結(jié)果:
主線(xiàn)程開(kāi)始時(shí)間:1557824674063
當(dāng)前線(xiàn)程線(xiàn)程1時(shí)間:1557824674063
當(dāng)前線(xiàn)程線(xiàn)程2時(shí)間:1557824675065
主線(xiàn)程結(jié)束時(shí)間:1557824676065
當(dāng)前線(xiàn)程線(xiàn)程3時(shí)間:1557824676065

從上面例子可以看到線(xiàn)程1和2調(diào)用了join方法后，主線(xiàn)程是等待兩個(gè)線(xiàn)程執(zhí)行完成之后才會(huì)繼續(xù)執(zhí)行

• interrupt

interrupt的目的是為了中斷線(xiàn)程，原來(lái)Thread.stop, Thread.suspend, Thread.resume 都有這個(gè)功能，但由于都太暴力了而被廢棄了，暴力中斷線(xiàn)程是一種不安全的操作，相對(duì)而言interrupt通過(guò)設(shè)置標(biāo)志位的方式就比較溫柔

interrupt基于一個(gè)線(xiàn)程不應(yīng)該由其他線(xiàn)程來(lái)強(qiáng)制中斷或停止，而是應(yīng)該由線(xiàn)程內(nèi)部來(lái)自行停止的思想來(lái)實(shí)現(xiàn)的，自己的事自己處理，是一種比較溫柔和安全的做法，而且中斷不活動(dòng)的線(xiàn)程不會(huì)產(chǎn)生任何影響。

從API文檔的中的介紹來(lái)看interrupt()的作用是中斷本線(xiàn)程。除非當(dāng)前線(xiàn)程正在中斷自身（始終允許），否則將調(diào)用此線(xiàn)程的checkAccess方法，但這可能導(dǎo)致拋出SecurityException。

如果在調(diào)用Object類(lèi)的wait（）、join（）、sleep（long）阻塞了這個(gè)線(xiàn)程，那么它的中斷狀態(tài)將被清除并收到InterruptedException。

如果在InterruptibleChannel上的I / O操作中阻塞了該線(xiàn)程，則該通道將被關(guān)閉，線(xiàn)程的中斷狀態(tài)將被設(shè)置，并且線(xiàn)程將收到ClosedByInterruptException。

• 終止阻塞線(xiàn)程

例如，線(xiàn)程通過(guò)wait()進(jìn)入阻塞狀態(tài)，此時(shí)通過(guò)interrupt()中斷該線(xiàn)程；調(diào)用interrupt()會(huì)立即將線(xiàn)程的中斷標(biāo)記設(shè)為“true”，但是由于線(xiàn)程處于阻塞狀態(tài)，所以該“中斷標(biāo)記”會(huì)立即被清除為“false”，同時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)InterruptedException的異常。此時(shí)將InterruptedException放在適當(dāng)?shù)奈恢眠M(jìn)行捕獲就能終止阻塞中的線(xiàn)程,如下代碼，將中斷的捕獲放在while(true)之外，就可以退出while循環(huán)

@Override
public void run() {
    try {
        while (true) {
            // 執(zhí)行任務(wù)...
        }
    } catch (InterruptedException ie) {  
        // 由于產(chǎn)生InterruptedException異常，退出while(true)循環(huán)，線(xiàn)程終止！
    }
}

但是如果需要將··InterruptedException··在··while(true)``循環(huán)體之內(nèi)的話(huà)，就需要額外的添加退出處理,通過(guò)捕獲異常后的break退出當(dāng)前循環(huán)。

@Override
public void run() {
    while (true) {
        try {
            // 執(zhí)行任務(wù)...
        } catch (InterruptedException ie) {  
            // InterruptedException在while(true)循環(huán)體內(nèi)。
            // 當(dāng)線(xiàn)程產(chǎn)生了InterruptedException異常時(shí)，while(true)仍能繼續(xù)運(yùn)行！需要手動(dòng)退出
            break;
        }
    }
}

• 終止運(yùn)行線(xiàn)程

通常，我們通過(guò)“標(biāo)記”方式終止處于“運(yùn)行狀態(tài)”的線(xiàn)程。其中，包括“中斷標(biāo)記”和“額外添加標(biāo)記”。通過(guò)設(shè)立一個(gè)標(biāo)志來(lái)在線(xiàn)程運(yùn)行的時(shí)候判斷是否執(zhí)行下去。

@Override
public void run() {
    while (!isInterrupted()) {
    }
}

isInterrupted是Thread的內(nèi)部方法，可以獲取當(dāng)前線(xiàn)程是否中斷的標(biāo)志，當(dāng)線(xiàn)程處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，我們通過(guò)interrupt()修改線(xiàn)程的中斷標(biāo)志，來(lái)達(dá)到退出while循環(huán)的作用。

上述是系統(tǒng)內(nèi)部的標(biāo)志符號(hào)，我們也可以自己設(shè)置一個(gè)標(biāo)志符來(lái)達(dá)到退出線(xiàn)程的作用

private volatile boolean isExit= false;
protected void exitThread() {
    isExit= true;
}

@Override
public void run() {
    while (isExit) {
    }
}

通過(guò)自己設(shè)置標(biāo)志符，在需要的時(shí)候直接調(diào)用exitThread就可以修改while的判斷條件，從而達(dá)到退出線(xiàn)程的目的。

綜合阻塞和運(yùn)行狀態(tài)下線(xiàn)程的終止方式，結(jié)合兩者可以使用一個(gè)通用較為安全的方法

@Override
public void run() {
    try {
        // 1. isInterrupted()保證，只要中斷標(biāo)記為true就終止線(xiàn)程。
        while (!isInterrupted()) {
        }
    } catch (InterruptedException ie) {  
        // 2. InterruptedException異常保證，當(dāng)InterruptedException異常產(chǎn)生時(shí)，線(xiàn)程被終止。
    }
}

最后談?wù)?interrupted()和 isInterrupted()。
interrupted()和 isInterrupted()都能夠用于檢測(cè)對(duì)象的“中斷標(biāo)記”。
區(qū)別是，interrupted()除了返回中斷標(biāo)記之外，它還會(huì)清除中斷標(biāo)記(即將中斷標(biāo)記設(shè)為false)；而isInterrupted()僅僅返回中斷標(biāo)記。

• Sleep

  最后簡(jiǎn)單說(shuō)一下sleep，這算是多線(xiàn)程我們最常用的方法了

  sleep是Thread的靜態(tài)native方法，它的作用是讓當(dāng)前線(xiàn)程按照指定的時(shí)間休眠，休眠時(shí)期線(xiàn)程不會(huì)釋放鎖，但是會(huì)讓出執(zhí)行當(dāng)前線(xiàn)程的cpu資源給其他線(xiàn)程使用，和wait較為類(lèi)似，但是也有一些不同點(diǎn)。

  • sleep()是Thread的靜態(tài)內(nèi)部方法，wait()是object類(lèi)的方法
  • wait()方法必須在同步代碼塊中使用，必須獲得對(duì)象鎖（monitor），sleep()方法則可以再仍和地方中使用，wait()方法會(huì)釋放當(dāng)前占有的對(duì)象鎖，本身進(jìn)入waitset隊(duì)列，等待被喚醒，sleep()方法只會(huì)讓出cpu資源，并不會(huì)釋放鎖
  • sleep()方法在休眠時(shí)間結(jié)束后獲得CPU分配的資源后就可以繼續(xù)執(zhí)行，wait()方法需要被notify()喚醒后還需要等待喚醒線(xiàn)程執(zhí)行完畢釋放鎖后，才會(huì)獲得CPU資源繼續(xù)執(zhí)行

線(xiàn)程的狀態(tài)轉(zhuǎn)換以及基本操作

Java 并發(fā)編程：線(xiàn)程間的協(xié)作

Java多線(xiàn)程系列--“基礎(chǔ)篇”09之 interrupt()和線(xiàn)程終止方式